Способ измерения параметров решетки монокристаллов и устройство для его реализации Советский патент 1977 года по МПК G01N23/20 

1

Изобретение относится к методам структурного анализа твердых тел.

Известен способ исследования кристаллов, заключающийся в том, что на исследуемый кристалл направляют пучок рентгеиовских лучей, .регистрируют дифрагированное рентге HoiBioKoe излучение н флуоресцентное излучение кристалла.

Также известен способ исследования монокристаллов, заключающийся в том, что регистрируют распределение излучения исследуемого монокристалла, в частности электронной эмиссии, в условиях брегговской дифракции первичного рентгеновского пучка.

Указанные способы не позволяют измерять параметры решетки монокристаллов с глубин, определяемых характерной глубиной выхода вторичного излучения монокристалла.

Ближайшим техническим решением является способ эталонного измерения параметров решетки монокристаллов, заключающийся в том, что на исследуемый участок монокристалла направляют не менее пучков монохроматического рентгеновского излучения от эталонного монокристалла, производят поворот исследуемого кристалла между положениями, в которых имеет место дифракция рентгеновских лучей, измеряют угол поворота между указанными положениями и определяют искомую величину по углу поворота и известному параметру решетки эталонного монокристалла.

Недостатком известного способа является недостаточно малая толщина слоя, которому соответствует измеряемый параметр.

Цель изобретения заключается в том, чтобы уменьшить толнхину исследуемого поверхпостного слоя.

Согласно изобретению поставленная цель достигается тем, что регистрируют угловое распределение вторичного излучения от исследуемого монокристалла, измеряют угол

между положениями аномального изменения интенсивности вторичного излучения и по измеренному углу судят о величине параметра решетки исследуемого монокристалла. Устройство для реализации способа содержит вакуумную камеру, два источника рентгеновского излучения, установленные с возможностью поворота относительно камеры, эталонный монокристалл с прорезью, поворотный держатель нсследуемого монокристалла, детектор вторичного излучения исследуемого монокристалла, расположенный за прорезью в эталонном монокристалле напротив держателя исследуемого монокристалла.

На чертеже показан вариант реалнзании изобретения на двухкристальном спектрометре.

Рентгеновские лучи от источника излучения 1 ограничиваются по расходимости колиматором и падают под углом дифракции v| для выбранной системы кристаллографических плоскостей на эталонный кристалл 2. От второго источника 3 рентгеновские лучи также попадают на эталонный кристалл. Отраженные лучи с углом раствора 2v | фокусируются на исследуемый монокристалл 4 (например, .на эпитаксиальную пленку), угол дифракции которого V g не равен углу дифракции эталонного кристалла v| . Вращение исследуемого кристалла вокруг вертикальной оси приводит к последовательному отражению лучей I и II. Через прорези 5 в эталонном монокристалле можно пропустить вторичные кванты и фотоэлектроны, возбуждаемые в исследуемом кристалле, в регистрирующую систему 6 (вторично-электронный умножитель, электронный спектрометр, рентгеновский датчик). Вся система находится в вакуумной камере (не показана) и источники излучения 1 и 3 установлены поворотно относительно нее.

Поскольку процесс поглощения рентгеновских лучей атомами зависит от интенсивности волнового поля в точке расположения атома, угловое распределение интенсивности вторичных эффектов (фотоэмиссии электронов и флуоресцентного излучения) в кристалле в условиях дифракции имеет специфическую форму. Эта форма в случае Брэгг-дифракции определяется изменением интенсивности волновых полей в соответствии с динамической теорией рассеяния. Угловое положение аномального изменения интенсивности вторичных эффектов определяется углом дифракции рентгеновских лучей и всегда может быть найдено из их углового распределения. Однако глубина выхода вторичных квантов и фотоэлектронов значительно отличается от глубины формирования дифракционного максимума. Поэтому угол диф1ракции в этом случае будет соответствовать параметру решетки В тонком слое кристалла, равном глубине

выхода вторнч«ого излученИЯ. НалрИМер, для кремршя экстинкционная длина равна /,() 1,7 .мкм, а )-лубиня гилхода фотоэлектронов при возоужденни их Си -пзлучением составля1ет 0,5 мкм, ОЖЕ-элект|ронов - 0,03 мкм. Регистрируя угловой сдвиг распределения интенсивностей вторичных эффектов в соответствии с вышеизложенным способом можно однозначно с достаточно высокой точностью (0,1 угл. сек.) определить изменение угла дифракции относительно его эталонного значения. Экспериментально получаемое значение позволяет по закону Брэгга рассчитать величину AQ/Q. Удаляя слой соответствующей толщины (с поверхности кристалла) и проводя измерение AQ/Q в каждом доследующем слое, можно построить график распределения изменения параметра рещетки по глубине исследуемого объекта.

Формула изобретения

1.Способ измерения параметров решетки монокристаллов, заключающийся в том, что на исследуемый участок монокристалла направляю.т не менее двух пучков монохроматического реитгеновского излучения от эталонного монокристалла, производят поворот исследуемого кристалла между положениями, в которых имеет место дифракция реитгеновских лучей, отличающийся тем, что, с целью уменьшения толщииы исследуемого поверхностного слоя, регистрифуют угловое распределение вторичного излучения от июслсдуемого монокристалла, измеряют угол между положен1ИЯ1Мн аномального изменения интенсивности вторичного излучения И по измеренному углу судят о величине пара метра решетки нсследуемого монокристалла.

2.Устройство для реализации способа по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит

вакуумную камеру, два источника рентгеновского излучения, установленные с возможностью поворота относительно камеры, эталонный монокристалл с прорезью, поворотный держатель исследуемого монокристалла, детектор вторичного излучения исследуемого монокристалла, расположенный за прорезью в эталонном монокристалле напротив держателя исследуемого монокристалла.

Ч отозлектроны

Ч луоресценция